Установка для дегазации жидкостных проб Советский патент 1986 года по МПК B01D19/00 E21B49/08 

1 - 12

Изобретение относится-к нефтегазо- поисковой геохимии, и может использоваться в области охраны .окружающей среды и других областях, где необходимо высокоточное определение коли- честна газов ; в жидкостных пробах.

Целью изобретения является повышение представительности пробы и точности анализа за счет исключения техногенных факторов, сохранения в от- бираемой пробе нерастворимых газов свободной фазы.

tfa фиг. 1 изображена герметическая дегазационная камера, вид спереди

(разрез); на фиг. 2 - то же, с ручным 15 и сетчатого или рассверленного по

приводом, вид сбокуJ на фиг. 3 - то же, с электродвигателемj на фиг. 4 - герметический дегазахщонньй пробоотборник, вид спереди (разрез); на фиг. 5 - то же, вид сбоку (разрез).

Герметическая дегазационная KavMe- ра содержит корпус 1 с угшотнительны- ми элементами 2 и 3, крьшку 4, кото- рая снабжена крепежными винтами 5 и оборудована датчиками температуры 6 и давления 7. Внутри камеры на осях 8 и 9 навстречу друг другу на- гнетател ьными сторонами, попарно установлены гребные винты 10 и 11, сплошные лопасти которых чередуются с лопастями, имеющими поперечные прорези. Гребные винты взаимосвязаны зубчатой, фрикционной, либо иной передачей, обеспечивающей возможность синхронного вращения в противоположные стороны.

Корпус 1 содержит шприцевый ввод 12, обеспечивающий возможность подачи инертного газа в камеру или откачку газа с помощью шприца, крепежное устройство 13 и ручной механичесю1й привод, прикрытый крьшзкой 14 с винтами 15 и состоящий из взаимосвязанной пары колес 16 и 17, ведущее из которых установлено на оси 18, закрепляемой в корпусе 1, и снабжено съемной откидной рукояткой 19 с фиксатором 20 а ведомое --на оси 9 ведущего гребного винта 11. Крепление колес и гребных винтов на осях осуществляется штифтами 21 и 22.

Обеспечивающий первоначальный этап Д€;газации пробы при рз чном дискретном режиме герметический деГаза- ционньш пробоотборник дегазатора состоит из приемной камеры, выполненной в виде цилиндрического корпуса 42 с крыш1 :ой 43 и поршнем 44, штанги 45, снабженной механизмом ручного управления, включающим телескопические тяги 46 и 47 с рукоятками 48 и 49, ограничитель 50 тел гскопического хода и: тросы 51 и 52 с элементами их

На корпусе 1 герметической дегазационной камеры также установлены штуцеры 23-26, снабженные шлангами 27-30 с зажимами Кохера 31-34.Шту- 55 крегшения в виде штифтов 53 и 54, а дары соответственно предназначены также фиксатора 55 и гайки 56. Трос 52 для удаления воздуха и отбора из ка- по ддтине конструктивно принят с таким меры вьщелившегося газа, установле- расчетом, что при перемещении рукоятния дегазатора-на дискретно-автоматический режим работы, а также связи внутренней полости герметической камеры с. атмосферой при заполнении ее пробой жидкости, заполнения камеры пробой периодического изменения объема камеры для вытеснения воздуха или выделившегося газа. Камера снабжена гидравлическим приспособлением изменения ее внутреннего объема, содержащим вытеснитель, включаюпщй заполненную солевым раствором полую . резиновую камеру 35 и ко°мпенсатор, состоящий из жесткого основания 36

всей поверхности кожуха 37, между которыми герметично закреплена резиновая мембрана 38, расположенная над выходным отверстием штуцера 26, снаб- женного уплотнительным элементом 39, установленным между основанием 36 компенсатора и внутренней поверхностью герметической камеры и закрепляемого на ее корпусе 1 гайкой 40. Штуцер 26 соединяет вытеснитель с компенсатором.

При использовании в качестве при- вода гребных винтов электродвигателя 41 возможны два варианта его присоединения .-В первом он непосредственно крепится на корпусе 1 винтами 15. При этом ведущее колесо 16 ручного механического привода устанавливают на оси 9 ведущего гребного винта 11, а ведомое колесо 17 - на валу электродвигателя 41. Во втором - вместо ручки 19 на осях 20 устанавливают специальный шкив, обеспечивающий с помощью ременной (тестропной} передачи , связь привода гребных винтов с валом электродвигателя. В качестве привода гребных винтов может служить любой привод известных систем конструкций.

45

50

Обеспечивающий первоначальный этап Д€;газации пробы при рз чном дискретном режиме герметический деГаза- ционньш пробоотборник дегазатора состоит из приемной камеры, выполненной в виде цилиндрического корпуса 42 с крыш1 :ой 43 и поршнем 44, штанги 45, снабженной механизмом ручного управления, включающим телескопические тяги 46 и 47 с рукоятками 48 и 49, ограничитель 50 тел гскопического хода и: тросы 51 и 52 с элементами их

55 крегшения в виде штифтов 53 и 54, а также фиксатора 55 и гайки 56. Трос 52 по ддтине конструктивно принят с таким расчетом, что при перемещении рукоятки 48 совместно с рукояткой 49 выбирается петля прославления, равная по длине ходу тяги 46. Корпус камеры 42 оборудован шприцевым вводом 57 и впускным штуцером с фильтром 58 и клапаном-краном 59, имеющим специальный фиксирующий паз на корпусе, а крьшка 43 снабжена стопором 60 поршня 44, фиксатором 61 штанги 45, гайкой 62 с раскладными рукоятками 63 и имеет отверстия, обеспечивающие связь надпоршневого пространства камеры с атмосферой. Поршень 44 пробоотборника снабжен уплотнительными элементами, имеет в верхней-части специальный паз . 64 под стопор 60, а его шток 65 выполнен с центрирующим поясом и имеет резьбу под гайку 62 крьшки 43, а также проточку в верхней части для присоединения к нему фиксатора 55 с тросом 51. Штанга 43 в верхней части оборудован рукояткой 66 и страховочным фалом 67 с карабинами 68, а в нижней части имеет отверстия под фиксатор 61, ус- тановленньй в крьш1ке 43. Тяги 46 и 4 механизма ручного управления выполнены с продольными пазами под ограничитель- 50 их телескопического хода. Установка работает следующим образом.

Пробу жидкости отбирают из скважины, ее желобной системы или водоема и т.п. объектов исследования - герметическим дегазационным пробоотборником дегазатора,используемым при руч- ном отборе дистанционно на шесте из трубок с управлением тросами, либо непосредственно (без этих дистанционных приспособлений). Чтобы исключить возможность потери прибора (при дистанционном отборе), щтангу 45 посредством страховочного фала 67 и карабина 68 фиксируют. Пробоотборник отпускают на такую глубину опробования, на которой газ свободной фазы из отбираемой жидкости еще не выделяется. Поршень 44 и телескопические тяги 46 и 47 при спуске находятся в нижнем положении, а клапан-кран 59 впускного штуцера камеры в э.уо время открыт. Для отбора пробы ручкой 48 вытягивают телескопическую тягу 46, перемещая ее относительно штанги 45 до упора в ограничитель 50. В результате поршень 44 оказывается установленным в крайнем верхнем положении с зазором между его торцовой поверхностью и торцовой поверхностью крыш2437644

ки 43. Тяга 47 механизма ручного управления также перемещается вверх и вытягивает трос 52 на величину его свободного хода, обусловленного на5 чалом закрытия клапана-крана 59. При движении поршня 44 вверх жидкость над ним вытесняется из камеры через отверстия в крышке 43 и идет на сброс. Под поршень жидкость с опробуемого

10 глубинного интервала поступает по

каналу штуцера 69 с фильтром 58. После заполнения камеры жидкостью и прекращения движения поршня, вытягивают тягу 47 за ручку 49. Ее перемеща)5 ют вверх до упора в ограничитель 50. При этом, связанньй с тягой 47 штифт 54 ведет за собой закрепленньм на нем трос 52, который воздействуя на рычаг клапана крана 59, переводит

20 его в закрытое положение. В конце

перемещения рычаг клапана-крана автоматически фиксируется, западая в специально предусмотренный паз на его корпусе или иным способом. Затем при25 бор поднимают на поверхность, поочередно освобождая фиксаторы 61 крьшки 55 троса и гайку 56,отсоединяют приемную камеру от штанги 45. ,.

Дегазацию отобранной пробы начинают в камере герметического дегазационного пробоотборника. Свободная фаза газа извлекается из жидкости путем увеличения объема камеры за счет дополнительного перемещения поршня 44

внутри корпуса 42 вверх при закрытом положении клапана-крана 59. Этим обеспечивается приведение давления внутри дистанционно герметизированной камеры прибора к величине атмосферного или несколько меньшей, в зависимости от упругости газожидкостной среды, обуславливающей возможную длину хода поршня. Для принудительного отвода поршня гайку 62, установленную

в крьш1ке 43 с возможностью ее вращения, и шток 65 соединяют резьбовым соединением. При навинчивании на шток 65 гайки 62, последняя упирается своим нижним торцом в упор крышки 43,

что вызывает перемещение штока 65

вместе с поршнем 44 вверх относительно корпуса пробоотборника 42. При достижении определенного тягового усилия появляется возможность проворачивания поршня 44. Во избежание этого предусмотрено, при совмещении паза 64 поршня 44 со стопором 60, западание в паз 64 стопора 60, исключающего это яндение. Дальнейшим,вращением гайки 62 за горизонтально устанавливаемые ручки 63 перемещают шток 65 вместе с поршнем 44 вверх на возможную длину хода, зависяшую от упругости газожидкостной смеси.

Выделившиеся при увеличении объема камеры газы свободной фазы отбирают шприцем через шприцевый ввод 57 и переводят в, газосборньй сосуд, 10

Для извлечения из пробы растворенного газа (при атмосферном либо несколько меньшем давлении) и газа, удерживаемого в виде пузырьков, например, в промывочной жидкости (так- 15 же при атмосферном давлении) вследствие ее специфической структуры снимают фильтр 58 и к штуцеру пробоотборника подсоединяют шланг 29 герметической дегазационной камеры, ус- 20 тановленной на объекте опробования и закрепленной крепежным устройством 13. Отвинчивают гайку 62, обес- печивая возможность перемещения поршня 44 штоком 65.25

Удерживая пробоотборник за корпус 42, перемещают вниз поршень 44 штоком 65 на всю длину свободного хода. При этом зажим 32 закрыт, а вытесняемьй входящей жидкостью воз- зо дух удаляется через штуцер 23. Затем закрывают зажим 33.

Различают (по технологии) дегазацию промывочной жидкости и природкрытую резиновой мембраной 38 при откр)ггом зажиме 34. Созданием давления переводят мембрану в растянутое положение, ограничиваемое относитель- 5 но поданного объема раствора А ко- жухом 37. При этом объем поданного раствора А должен превышать объем 6 . Объем Б является постоянным, равным объему жидкостной пробы, например, 500 МП согласно нормативам, установленным в нефтегазопоисковой геохимии. После полного удаления из герметической дегазационной камеры воздуха закрывают зажим 31, в результате этих операций резиновая камера остается в деформированном (сжатом) виде,сох- ранняя постоянное стремление восстановить (принять) первоначальное положение, а резиновая мембрана - в максимально растянутом положении. Объемы. А и В , каждьй в отдельности, должны превьшгать. 50 мл, т.е. максимально возможное количество и составлять, например, 150 мл. Этим создается необходимое для протекания процесса дегазации напряженное состояние пробы, обесЦечивающее при образовании пузьгрька газа переход его в верхннзю часть герметической дегазационной камеры, и синхронное частичное восстановление (в объеме этого пузьфька) - первоначального положения резиновой камеры 35 при одновременном соответственном уменьшении объема раствора А

ных вод. Как правило при атмосферном 35 п°Д полостью резиновой мембраны-38. давлении промывочная жидкость удерживает значительное количество газа (в TCTivi числе и воздуха) не только в растворенном состоянии, но и в виде пузьфьков, поэтому дополнительной 40 аэрации для удаления из нее газа не требуется, необходимо лишь разрушить структурные связи и со.здать зоны разрежения в герметической дегазационодновременном воздействии на поток

механических факторов (вращение винтов в потоке и пропускание потока через прорези в. чередуюш хся лопастях), усиливаюгцих эту турбулентность. Одновременно на всасывающей стороне винтов образуются зоны разрежения,обусловливающие возникновение и протекание кавитационного дегазационного процесса. Непрерывно вьщеляющийся в

Приводят во вращение ведущий 11 и ведокъй 10 гребные винты.. Синхронно захватывая жидкость ляпастями и непрерывно направляя ее установившийся поток между своими нагнетательными сторонами, вращаюш;иеся в противо7 положные стороны гребные винты создают -турбулентный режим движения при

ной камере. Инертный газ (аргон,азот)j либо воздух необходимо вводить в камеру для повышения интенсивности процесса дегазации при исключительно низкой газонасьш;енности пробы в промывочной жидкости. .50

Из этих соображений (при дегазации пробы промывочной жидкости) вначале полностью удаляют воздух из гермети- . ческой камеры. С этой целью часть

зонах разрежения в.виде пузырьков

зонах разрежения в.виде пузырьков

объема несжимаемого инертного раство -55 газ, вращаясь в потоке, увеличивает

ра А , например, раствор соли NaCl в дистиллированной воде вытесняют из резиновой камеры в полость, переупругость его потока, в результате чего резиновая камера постепенно (в объеме вьщелившегося газа) частично

крытую резиновой мембраной 38 при откр)ггом зажиме 34. Созданием давления переводят мембрану в растянутое положение, ограничиваемое относитель- но поданного объема раствора А ко- жухом 37. При этом объем поданного раствора А должен превышать объем 6 . Объем Б является постоянным, равным объему жидкостной пробы, например, 500 МП согласно нормативам, установленным в нефтегазопоисковой геохимии. После полного удаления из герметической дегазационной камеры воздуха закрывают зажим 31, в результате этих операций резиновая камера остается в деформированном (сжатом) виде,сох- ранняя постоянное стремление восстановить (принять) первоначальное положение, а резиновая мембрана - в максимально растянутом положении. Объемы. А и В , каждьй в отдельности, должны превьшгать. 50 мл, т.е. максимально возможное количество и составлять, например, 150 мл. Этим создается необходимое для протекания процесса дегазации напряженное состояние пробы, обесЦечивающее при образовании пузьгрька газа переход его в верхннзю часть герметической дегазационной камеры, и синхронное частичное восстановление (в объеме этого пузьфька) - первоначального положения резиновой камеры 35 при одновременном соответстп°Д полостью резиновой мембраны-38.

Приводят во вращение ведущий 11 и ведокъй 10 гребные винты.. Синхронно захватывая жидкость ляпастями и непрерывно направляя ее установившийся поток между своими нагнетательными сторонами, вращаюш;иеся в противо7 положные стороны гребные винты создают -турбулентный режим движения при

зонах разрежения в.виде пузырьков

газ, вращаясь в потоке, увеличивае

упругость его потока, в результате чего резиновая камера постепенно (в объеме вьщелившегося газа) частично

восстанавливает свою прежнюю форму. .При визуально наблюдаемой стабилиза- t(HH формы резиновой камеры (свидетельствующей о прекращении .газовьще- ления) вращение гребных винтов пре- кращают. Нажатием на резиновую камеру 35 через штуцер 23 при открытых зажимах 31 и 34 переводят выделившийся газ в газосбор.ник-измеритель объема. Объем газа свободной фазы газа, растворенного, полученные на первом и втором этапах дегазации пробы жидкости, могут исследоваться поочередно и одновременно как в качественном так и в количественном отношении в зависимости от специфики, цели и назначения выполняемых работ. При наличии на скважине полевого переносного малогабаритного или стационарного хроматографа, либо газокаротажной, (геохимической) станции анализы выполняют либо непосредственно на месте опробования, либо транспортируют в лабораторию в газовой фазе в барботе- ре, замкнув снизу-инертным солевым раствором. При зтом многократно увеличиваются допустимые нормативными инструкциями периоды хранения.

При дегазации пробы промывочной или иной жидкости с очень низким по- казателем растворенного газа для усиления дегазационного эффекта через шприцевой ввод 12 шприцем в нее вводят порядка 30-50 см и более инертного газа аргона (азота), либо воз- духа (при чисто газовых исследованиях) . В этом случае при враш1ении гребных винтов к ранее описанным методам воздействия на дегазируемьй объект

добавляется барботажно-аэрационный метод, которые в совокупности увеличи вают степень при нормальных температурных условиях (18-20 С). Подъем

: температуры выше нормальной величины не допускается (срабатывает специально устанйвлИЕяемое температурное реле и вращение гребньгх винтов временно прекращается). Соотношение между давлением и температурой прослеживают, по датчикам 7 и 6. Этим обеспечивается возможность пользоваться заверочным вычислительным методом определения количества выделившегося газа, исходя из уравнений фазового равновесия (закономерности взаимосвязи величин Р, V, Т).

Возможен вариант применения устройства в дискретно-автоматическом режиме (когда извлекают и исследуют лишь растворенно-сорбированные газы), В этом случае устройство оснащают датчиком времени, устанавпивающим продолжительность отключения равновеликого пропорционального потока (расход - величина постоянная), поступающего самотеком через штуцер 24 и вытекающий через штуцер 25 при одновременном автоматическом включении и выключении зажимов этих штуцеров 32 и 33. При этом зажим 34 закрыт, а газ (при полностью заполненной герметической дегазационной камере) постоянно поступает в газосбор- ник, также заполненньй водой, вытесняя из него жидкость (данная методика отбора газа общеизвестна).

Такой вариант использования устройства может быть необходим на само- ,изливающихся из сквалшн жидкостях и отборе струи жидкости, постоянно движущейся по трубе, либо желобу буровой установки. Самотек достигается разме- щением дегазатора ниже трубы (желоба) . Здесь возможна прямая дискретно- автоматическая связь дегазатора с хроматографом с синхронной записью результатов анализа. ,

фиё. 1

Ъб

12

75

cpus.Z

фие.Ъ

фиг:4фа$.5

Редактор Ю.Середа

Составитель С.Горяйнова

Техред Н.Бонкало Корректор Т. Кол б

Заказ 3738/7

Подписное

Тираж 663.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие. г ужгородГулГпроёктн яГГ

Подписное